KR20080110789A - 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치 - Google Patents

Abstract

간단한 설비로 막 표면의 스케일의 생성을 억제하여 파울링(fouling) 대책이 가능한 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치를 제공하는 것.

본 발명에 따른 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치는, 막 처리 탱크(2)와 상기 탱크 내에 설치된 막 모듈(1)을 가지며, 밸러스트수의 원수를 유입시키면서 여과를 계속하는 막 모듈을 사용하고 있고, 상기 막 처리 탱크(2)에 상기 탱크 내의 원수와 접촉하도록 양전극과 음전극을 설치함과 아울러, 상기 전극 사이에 전압을 인가하는 통전 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

밸러스트수, 막 처리 장치, 막 처리 방법, 통전 수단, 막 모듈, 파울링, 스케일

Description

막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치{METHOD FOR TREATING BALLAST WATER BY MEMBRANE USIN MEMBRANE MODULE, AND MEMBRANE TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 해수 중의 미생물이나 균체를 막에 의해 저지하여 소정 크기 이상의 미생물 등을 포함하지 않는 밸러스트수를 밸러스트 탱크에 공급할 수 있는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 장기 운전시의 막 표면의 스케일의 생성을 억제하여 세정 빈도를 적게 하여 처리수의 회수율을 상승시킬 수 있는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치에 관한 것이다.

원유나 화물 등을 수송하는 화물용 선박에는 항행시의 선체의 안정성을 유지하기 위하여 밸러스트 탱크가 설치되어 있다. 통상적으로 원유나 화물 등이 적재되어 있지 않을 때에는 밸러스트 탱크 안을 밸러스트수로 채웠다가, 원유나 화물 등을 실을 때 밸러스트수를 배출함으로써 선체의 부력을 조정하여 선체를 안정화시키고 있다.

이와 같이, 밸러스트수는 선박의 안전한 항행을 위하여 필요한 물로서, 통상적으로 하역을 행하는 항만의 해수가 이용된다. 그 양은 세계적으로 보면 연간 100억 톤을 초과한다고 한다.

그런데, 밸러스트수 중에는 그것을 취수한 항만에 서식하는 미생물이나 소형 및 대형 생물의 알이 혼입되어 있으며, 선박의 이동에 따라 이들 미생물이나 소형 및 대형 생물의 알이 동시에 이국으로 운반되게 된다.

따라서, 원래 그 해역에는 서식하지 않던 생물종이 기존 생물종으로 바뀌는 등 생태계의 파괴가 심각해지고 있다.

이러한 배경 중, 국제 해사 기관(IMO)의 외교 회의에서 밸러스트수 처리 장치 등에 따른 정기적 검사의 수검 의무가 채택되어, 2009년 이후의 건조 배부터 적용된다.

또한, 선박의 밸러스트수 및 침전물의 규제 및 관리를 위한 조약(이하, 조약이라고 함)에 따라 밸러스트수의 배출 기준은 이하의 표 1과 같다.

따라서, 밸러스트수의 배출시에 외양에 존재하는 미생물 수의 100분의 1 정도까지 감소시키는 밸러스트수의 처리 방법의 개발이 급선무이며, 종래 밸러스트수의 제균 기술로는 막 모듈을 이용한 막 처리 방법이 제안된 바 있다.

밸러스트수(해수)는 이온 농도가 높기 때문에 막 모듈을 이용하여 밸러스트수를 막 처리하는 경우, 장기 운전의 경우 막 표면 상에 스케일이 생성될 우려가 있다. 이 스케일은 주로 염화 나트륨(NaCl)이나 황산 칼슘(CaSO₄)인데, 이들이 막 표면에 부착되어 퇴적하면 막의 막힘 및 파손의 위험이 있고, 나아가 스케일이 유기물을 받아들임으로써 딱딱한 덩어리가 되면 역세척을 하여도 제거할 수 없게 되는 문제가 있다.

따라서, 막 처리 방법에서는 막 처리 시간을 연장하기 위하여 파울링(fouling)에 대한 대책이 중요해진다. 막 처리시의 파울링 대책으로는 감압에 의한 기포 팽창을 이용하여 파울링 대책을 세우는 기술이 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는 피방오 도전성 부재와 카운터극 사이에 정전류를 통전함으로써 수중 구조물 등과 같이 해수에 접해 있는 피방오 도전성 부재의 표면에 부착하는 생물을 억제하여 도전성 부재의 오염을 방지하는 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2003-265935호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 2005-185206호 공보

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

특허 문헌 1에 기재된 기술에서는 막 모듈을 장전한 탱크를 감압하기 위한 감압 수단이 필요해져 설비적으로 고가가 되는 결점이 있다.

또한, 특허 문헌 2에 기재된 기술은 도전성 부재의 오염을 방지하는 것으로서, 막 표면의 스케일의 생성에 따른 문제를 해결하는 것이 아니다.

따라서, 본 발명은, 간단한 설비로 막 표면의 스케일의 생성을 억제하여 파울링 대책이 가능한 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명의 다른 과제는 이하의 기재에 의해 명백해진다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제는 이하의 각 발명에 의해 해결된다.

청구항 1에 기재된 발명은, 막 처리 탱크와, 상기 탱크 내에 설치된 막 모듈을 가지며, 밸러스트수의 원수를 유입시키면서 여과를 계속하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법에 있어서, 상기 막 처리 탱크에 상기 탱크 내의 원수와 접촉하도록 양전극과 음전극을 설치하고, 상기 전극 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 제 1 항에 있어서, 상기 양전극 및 음전극 중 하나는 상기 막 처리 탱크의 벽면에 의해 형성하고, 나머지 하나는 상기 막 모듈의 벽면에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 막 처리 탱크와, 상기 탱크 내에 설치된 막 모듈을 가지며, 밸러스트수의 원수를 유입시키면서 여과를 계속하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치에 있어서, 상기 막 처리 탱크에 상기 탱크 내의 원수와 접촉하도록 양전극과 음전극을 설치함과 아울러, 상기 전극 사이에 전압을 인가하는 통전 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 제 3 항에 있어서, 상기 양전극 및 음전극 중 하나는 상기 막 처리 탱크의 벽면에 의해 형성하고, 나머지 하나는 상기 막 모듈의 벽면에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치이다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 간단한 설비로 막 표면의 스케일의 생성을 억제하여 파울링 대책이 가능한 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법 및 막 처리 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법을 실시하는 장치의 일례를 도시한 개략 사시도이고,

도 2는 막 처리 탱크 내의 원수 중의 이온의 움직임을 도시한 도면이다.

<부호의 설명>

1: 막 모듈

11: 바깥틀(전극)

2: 막 처리 탱크

21: 내벽면(전극)

3: 원수 도입관

4: 원수 배출관

5: 원수 펌프

6: 순환 배관

7: 현탁 물질 배출관

8: 전원 장치

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법을 실시하는 장치의 일례를 도시한 개략 사시도이다.

도면에서, 1은 탱커 등의 선박 등에 탑재할 수 있는 막 모듈이다. 2는 막 모듈(1)을 중심으로 설치한 원통형의 막 처리 탱크이다.

3은 원수 도입관이고, 4는 원수 배출관이다. 5는 원수 펌프이고, 6은 순환 배관이며, 7은 현탁 물질 배출관, 8은 전원 장치이다.

막 모듈(1)의 바깥틀(11)의 벽면에는 다수 개의 슬릿형 개구(11a)가 형성되어 있으며, 이 개구(11a)를 통하여 막 처리 탱크(2) 내의 원수가 막 모듈(1) 내에 유입하도록 되어 있다.

이 막 모듈(1)의 바깥틀(11)은 통전 가능한 금속 재료에 의해 형성되어 있으며, 막 처리 탱크(1)의 외부에 설치된 전원 장치(8)의 양극에 접속되어 있다. 따라서, 여기서는 막 모듈(1)의 바깥틀(11)은 양전극으로서 기능한다.

또한, 막 처리 탱크(2)는 적어도 원수와 접하는 내벽면(21)이 통전 가능한 금속 재료에 의해 형성되어 있으며, 그 내벽면(21)이 전원 장치(8)의 음극에 접속되어 있다. 따라서, 여기서는 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21)은 음전극으로서 기능한다.

전원 장치(8)는 이들 양전극으로서 기능하는 막 모듈(1)의 바깥틀(11)과 음전극으로서 기능하는 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21) 사이에 소정의 전압을 인가함으로써 전류를 흘린다.

이와 같이 막 모듈(1)의 바깥틀(11)과 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21) 사이에 전압을 인가하여 전류를 흘림으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 막 처리 탱크(2) 내의 원수(해수）중의 양이온(Na⁺, Ca^{2 +}, Mg^{2 +}, Fe^{3 +}, Mn^{2 +} 등)은 음전극인 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21) 방향으로 전기력을 받아 이동하고, 음이온(Cl^-, SO₄ ^{2 -} 등)은 양전극인 막 모듈(1)의 바깥틀(11) 방향으로 전기력을 받아 이동한다.

따라서, 원수 중의 NaCl이나 CaSO₄ 등의 파울링 물질은 양이온과 음이온으로 분해되어 각각 별도의 전극으로 분리되므로 막 처리 탱크(2) 내의 중앙에 설치한 막 모듈(1) 근방에는 이들 파울링 물질은 존재하지 않게 되어, 상기 막 표면에 부착되어 퇴적하는 일은 없게 된다.

따라서 1순환 사이클 당 막 처리 경과 시간이 보다 길어진다. 즉 처리수의 회수 효율(회수율)이 높아진다.

본 발명자의 실험에 따르면, 공칭 공경 0.4μm의 MF막(정밀 여과막)을 이용한 해수 여과 실험을 통하여, 도 1에 도시한 바와 같은 구조의 막 처리 장치에서, 전극을 설치하지 않고 해수를 여과시킨 경우와, 막 모듈(1)의 바깥틀(11)을 양전극으로 하고 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21)을 음전극으로 하여 전극 사이에 수 mmV∼수 V의 전압을 인가하여 여과시킨 경우의 여과 계속 시간을 살펴보았다. 여과 속도를 5m/일(일정)로 하였을 때, 차이압 50kPa까지 상승하는 데 걸리는 시간은 전극을 설치하지 않은 경우에는 20분이었으나, 전극을 설치하여 통전을 행한 경우에는 25분이 되었다.

도 1에 도시한 바와 같이, 전극을 막 모듈(1)의 바깥틀(11)과 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21)에 의해 형성하면, 막 처리 탱크(2) 내에 별도로 전극 부품을 배열 설치할 필요가 없으므로 막 처리 탱크(2)의 구조가 간단해도 되기 때문에 바람직하다.

또한, 또 다른 양태로서, 양전극 및 음전극을 판형 또는 봉형으로 형성하여 막 처리 탱크(2) 내의 원수와 접촉하도록 막 모듈(1)과 막 처리 탱크(2)의 벽면 사이에 서로 간격을 두고 배열 설치하도록 할 수도 있다.

또한 양극과 음극은 도 1에 도시한 태양과 반대로 구성할 수도 있다.

나아가 막 모듈(1)의 바깥틀(11)을 전극으로서 형성하는 경우, 바깥틀(11)에 도시한 슬릿형의 개구(11a)를 형성하는 것에 한정되지 않고, 둥근 구멍 형상이나 각진 구멍 형상으로 개구할 수도 있고, 또한 그물형의 바깥틀에 의해 구성할 수도 있다.

또한, 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21)을 전극으로 하는 경우, 막 처리 탱크(2)의 내벽면(21) 전면에 한정되지 않으며 일부일 수도 있다.

막 처리 탱크(2)의 형상은 특별히 도시한 원통형에 한정되는 것은 아니며, 원통형 이외의 타원형이나 다각형일 수도 있다.

본 발명에서, 막 모듈(1)은 원통형 막 모듈일 수도 있고, 각형 막 모듈일 수도 있다. 또한, 본 발명에서, 막 모듈(1)은 막 처리 탱크(2) 내의 중앙에 배치되는 것에 전혀 한정되지 않는다.

막 모듈(1)에 의해 원수 중으로부터는 소정 크기 이상의 미생물을 분리할 수 있는데. 오존 산화 처리를 더 부가하면 막을 통과한 미세한 미생물(균체 등)을 살균할 수 있고 맑고 깨끗한 밸러스트수를 얻을 수 있어 바람직하다.

Claims (4)

1. 막 처리 탱크와, 상기 탱크 내에 설치된 막 모듈을 가지며, 밸러스트수의 원수를 유입시키면서 여과를 계속하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법에 있어서,

   상기 막 처리 탱크에 상기 탱크 내의 원수와 접촉하도록 양전극과 음전극을 설치하고, 상기 전극 사이에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양전극 및 음전극 중 하나는 상기 막 처리 탱크의 벽면에 의해 형성하고, 나머지 하나는 상기 막 모듈의 벽면에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 방법.
3. 막 처리 탱크와, 상기 탱크 내에 설치된 막 모듈을 가지며, 밸러스트수의 원수를 유입시키면서 여과를 계속하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치에 있어서,

   상기 막 처리 탱크에 상기 탱크 내의 원수와 접촉하도록 양전극과 음전극을 설치함과 아울러, 상기 전극 사이에 전압을 인가하는 통전 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 양전극 및 음전극 중 하나는 상기 막 처리 탱크의 벽면에 의해 형성하고, 나머지 하나는 상기 막 모듈의 벽면에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 막 모듈을 이용한 밸러스트수의 막 처리 장치.

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